Методы очистки мембран

Для установления термодинамического равновесия вода начинает поступать в отсек с солёной водой. Соль по размеру не проходит через отверстия мембран и остаётся в правой части сосуда (рисунок 2). Через некоторое время уровень пресной воды станет заметно ниже уровня солевого раствора. Разница уровней после установившегося равновесия характеризует осмотическое давление растворённого вещества. Если в солевом растворе создаётся давление, превышающее осмотическое, возникает перетекание молекул пресной воды в направлении, обратному её естественному движению. Вода из раствора начинает перетекать через перегородку в пресную воду, солёная вода становится более концентрированной, жидкость за перегородкой обогащается водой (концентрация солей за счёт разбавления снижается) и становится более чистой. Такой процесс известен под названием обратного осмоса.

Рисунок 2 – Схема очистки через полупроницаемую мембрану: Hосм – осмотическое давление раствора; P – обратноосмотическое противодавление; 1 – концентрация воды слева меньше, движение воды молукул идёт по градиенту концентрации, разбавляя раствор справа, что повышает давление, так как удары молукул растворённого вещества неуравновешанны; 2 – равновесие, концентрация воды выровнялась, справа создалось осмотическое давление неуравновешанных молукул растворённого вещества; 3 – справа приложили давление (плотность упаковки молекул воды повысилась), вода начала идти по градиенту концуентрация влево, разбавляя воду и делая её более чистой, справа за счёт обеднения водой происходит концентрирование примесей.
В зависимости от размеров пор в настоящее время различают мембраны с ситовым разделением смесей под действием положительного давления: микрофильтрование (0,1 1,0 мкм) – удаление бактерий, вирусов, механических примесей; ультрофильтрование (0,01 – 0,1 мкм) – удаление высокомолукулярных веществ (белки, крахмал, жиры и пр.), вирусов; нанофильтрование (0,0001 – 0,001 мкм) – удаление молукул и ионо низкомелекулярных веществ, т.е. разделение просиходит на молукулярном уровне.
В зависимости от вида используемых мембран различают основные типы аппаратов: пленки и пластины — плоскорамные (типа фильтра-пресса); трубки — трубчатые; свенутые пленки — рулонные; полое волокно — половолоконные.
Основные требования к аппаратам: большая удельная рабочая поверхность мембран в единице объема аппарата; равномерное распределение разделяемой смеси вдоль поверхности мембраны; создание относительно высоких скоростей ее движения относительно мембраны с целью уменьшения влияния эффекта поляризационной концентрации; герметичность; прочность; простота сборки и монтажа; надежность в эксплуатации
Типовая аппаратурная схема состоит из нескольких частей, которые показаны на рисунке 3.


Рисунок 3 – Типовая аппаратурная схема для реализации мембранного фильтрования. 1 – ёмкость для фильруемого раствора; 2 – циркуляционный насос, 3 – фильтрационный модуль, состоящий из нескольких фильтрующих контуров, которые могут быть соеденены как последовательно, так и параллельно; 4 – ёмкость для фильтрата.
Организация потоков в плоскорамном модуле и типичная конструкция модуля с плоскими мембранными элементами (типа фильтра-пресса) показаны на рисунке 4. В корпусе аппарата на трубчатом коллекторе герметично закреплены мембранные плоские элементы. Во фланцах находятся отверстия для ввода исходной смеси и отвода транзита (концентрата) соответственно. Между элементами параллельно расположены вставки, изготовленые из отрезков проволки, сваренных в местах пересечения под углом 60°, или же из ткани.


Рисунок 4 – Мембранный аппарат типа фильтр-пресса

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Новые возможности, открывающиеся благодаря достижениям в области мембранных технологий и разработке неорганических мембран и нового поколения мембранных устройств общего назначения, позволили создать необходимые периферийные системы очистки, различные мобильные и стационарные установки очистки сточных вод, в которых сочетаются традиционные и новые мембранные методы разделения жидкостей.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Способ очистки воды / Р.И. Хангильдин, А.М. Фаттахова, Г.М. Шарафутдинова, (Баландина) А.Г. Кирсанова, В.А Мартяшова, Ю.Р. Абдрахимов, А.Р. Хангильдина: пат. 2502682 РФ. Заявл.10.05.2012; опубл. 27.12.2013.. 2. Изучение характеристик мембран, модифицированных соединениями железа и марганца/ Р.И. Хангильдин, Г.М. Шарафутдинова, В.А. Мартяшева, А.М. Фаттахова, А.Г. Кирсанова (Баландина) // Баш. хим. журн. 2011. Т. 18, № 2. С. 151-155. 3. Металлокерамические мембраны: структура и свойства. Структурно-селективные и поверхностные свойства ультрафильтрационных мембран/ Е.В. Хатайбе, А.Н. Нечаев, Л.И. Трусов, А.А. Свитцов, Р.А. Пензин, А.Н. Черкасов, А.Е. Полоцкий. ВИНИТИ: Крит. технологии. Мембраны. 2002. №16. С. 3-9 4. Мемброанные процессы разделения. полимерные мембраны. / А.В.Тверской. Учебное пособие. – М., МИТХТ им М.В.Ломоносова. – 2008. 59 с. 5. Первов А.Г. Современные высокоэффективные технологии очистки питьевой и технической воды с применением мембран: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация / Монография: – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2009. – 232 с. 6. Славская И.Л. Современное мембранное фильтрование воды / И.Л. Славская, С.Ю. Макаров, Е.В. Ильина. // Пиво и напитки. 2009. №6. 46-49 с.











2